延慶盆地地下水水化學(xué)特征統(tǒng)計分析

楊玉春

(北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊,北京 100195)

0 引言

隨著城市規(guī)模的不斷擴大和人口的增長,水資源短缺已經(jīng)成為制約地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的主要因素.近年來,在降雨偏少、水質(zhì)性缺水的雙重壓力下,北京市的水資源呈現(xiàn)出前所未有的嚴峻局勢.北京有2/3的供水來自于地下水,淺層水質(zhì)的惡化加上水位逐年持續(xù)下降,使得供水需求的矛盾更加突出.因此,自2003年以來,北京市政府先后啟動了多項有關(guān)地下水水質(zhì)調(diào)查研究的項目[1-4].本文選取延慶盆地作為研究區(qū),利用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)方法,分層分區(qū)統(tǒng)計了區(qū)內(nèi)的地下水水化學(xué)特征,以期為地下水資源的合理開發(fā)與保護提供支撐.

1 區(qū)域概況

延慶盆地是典型的山間盆地.盆地中部以湖相沉積為主,沉積厚度受構(gòu)造控制,總體來看,東部薄,往西逐漸增厚,沉積中心在延慶鎮(zhèn)以西,厚度大于1000m,北部山前比南部山前厚度大,南部一般厚度100m,北部可達200m以上.山前平原沖洪積扇地區(qū),含水層主要有砂、砂礫石、砂卵石組成.含水層厚度由沖洪積扇上部向下逐漸變厚,含水層顆粒由沖洪積扇頂向下由粗變細.山前地區(qū)排列有數(shù)個小型的沖洪積扇,山前到?jīng)_洪積扇底部,顆粒由粗變細,呈有規(guī)律的遞變.盆地中部主要為淤泥質(zhì)粘性土夾薄層粉細砂層,粉細砂層多呈透鏡體分布.

區(qū)域上,地下水由東北流向西南.在沖洪積扇中上部地區(qū),單井出水量可達3000 m3/d.

潛水和承壓水分界線沿后黑龍廟-靳家堡-后呂莊-北采-前呂莊-永寧-高廟屯-康莊鎮(zhèn)分布,山前至此線為潛水分布區(qū),盆地中部為承壓水區(qū),承壓水分布在沖洪積扇前緣至盆地中部地區(qū),該地區(qū)埋深30～50m以上含水層由薄層中細砂組成,50～100m以下有2～3層砂礫石層,厚約10m左右,含水層總厚度約20m左右[5].

2 地下水采樣

2007-2009年,北京市政府啟動了歷時3年的北京市平原區(qū)地下水污染調(diào)查項目,工作精度1:5萬.項目分別在在2007年、2008年分豐、枯水期對平原區(qū)1035眼水井進行了采樣工作,共采集地下水樣品3000余組.延慶盆地共布設(shè)采樣點65個,3次共采集水樣200余組.測試有機組分49項,無機組分44項(本文僅涉及無機組分評價),為區(qū)域地下水質(zhì)量評價奠定了堅實的基礎(chǔ),具體取樣數(shù)量見圖1.

3 地下水分層質(zhì)量評價

評價方法采用國標中推薦的綜合評價加附注的評分方法.首先依據(jù)各單項組分濃度劃分各組分所屬質(zhì)量類別,進而對各類別按表1分別確定單項組分評價分值Fi,然后按下式計算綜合評價分值F:

其中F:各單項組分Fi的平均值;Fmax:單項組分評價分值Fi中的最大值;

n:指標的項目數(shù).

表1 Fi值分類表

表2 地下水分級表

選擇總硬度、溶解性總固體、錳、氨氮、鐵、氟、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯離子、硫酸根離子10項作為評價因子,利 用F值評分法進行評價,評價結(jié)果見表3.

表3 延慶盆地地下水水質(zhì)評價結(jié)果統(tǒng)計表

4 分層特征統(tǒng)計

4.1 水樣濃度與采樣深度分析

為了進一步分析研究區(qū)內(nèi)的地下水化學(xué)特征,按照地層結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件初步將該地下水系統(tǒng)劃分為上、中、下游3個分區(qū).并分別做了其濃度與深度的關(guān)系曲線,見圖2至圖5.從圖上可以看出,a地下水系統(tǒng)的上游、中游和下游地區(qū),水樣均有一定的集中度,其中上游的集中度好于中游,中游的好于下游;b從深度上來看,隨著深度的增大,各離子組分濃度均有減少的趨勢,以溶解性總固體(圖3)來看,4個超標點(>1000mg/l)均為深度小于50m的淺層水井.再如硬度(圖4)超標點(>500mg/l)也均為深度小于50m的淺層水井.c從分帶上來看,下游水樣的高值點或者超標點(圖中標識為"□")較多,這在圖2～圖5中均有體現(xiàn).

4.2 各層水樣的統(tǒng)計特征

圖6為盆地內(nèi)淺層、中層和深層地下水水化學(xué)piper三線圖,從圖中可以看出,幾乎70%以上的水樣落在了piper三線圖中的5區(qū),即表明其碳酸鹽硬度超過了50%.盆地內(nèi)的地下水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca-Mg型水,pH值在7.5左右.

表4為研究區(qū)內(nèi)9種組分的統(tǒng)計結(jié)果,從表中可以看出,地下水的Ca2+、NH離子的濃度均值呈現(xiàn)出上游地區(qū)>中游地區(qū)>下游地區(qū).Cl-濃度的變化則呈現(xiàn)出上游>中游地區(qū),而下游地區(qū)反而升高的特點.眾所周知,Cl-不為植物及細菌所吸收,不被土粒表面吸附,氯鹽溶解度大,不易沉淀析出,是地下水中最穩(wěn)定的離子.由于工業(yè)、生活污水及分辨中含有大量Cl-,因此,居民點附近礦化度不高的地下水中Cl-,則說明地下水很有可能遭受污染[6].

延慶縣城位于延慶盆地的中下游地區(qū),因此下游地區(qū)Cl-升高很有可能與城區(qū)及周邊地下水人為污染有關(guān).

表4 永定河山間盆地(延慶)地下水系統(tǒng)地下水化學(xué)組成分析表(mg/l)

5 結(jié)語

本文根據(jù)2008年6月平原區(qū)地下水采樣分析數(shù)據(jù),將水樣進行了平原區(qū)地下水質(zhì)量評價和地下水水化學(xué)類型分類、并對8種離子組分進行了數(shù)理統(tǒng)計分析.結(jié)果表明,在垂向上,延慶盆地地下水由淺到深,地下水水質(zhì)逐漸變好;橫向上,上游地下水水質(zhì)好于中游,中游好于下游;盆地中下游深層地下水已經(jīng)出現(xiàn)較差和極差點,應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視.統(tǒng)計分析的結(jié)果分析表明,在沖洪積扇的上游地帶,地下水的垂向交換較為強烈,水質(zhì)趨同性更強,往下游地帶,由于地層由單一層轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬咏Y(jié)構(gòu),垂向水動力條件變?nèi)?水質(zhì)分異明顯增強.在延慶縣城及近郊一帶的生活污染是引起下游淺層地下水水質(zhì)惡化的主要因素,建議有關(guān)部門進一步加強城區(qū)污水、生活垃圾等污染源的控制,以科學(xué)合理的開發(fā)和保護地下水資源.

[1].林 健,陳忠榮,趙 薇等.華北平原區(qū)地下水污染調(diào)查評價報告(北京部分)[R],2009.

[2].北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,北京市平原區(qū)多參數(shù)立體地質(zhì)調(diào)查報告[R],2008.

[3].辛寶東,郭高軒,陸海燕等.北京市平原區(qū)地下水污染調(diào)查報告[R],2010.

[4].謝振華,王翊虹,張少才等.首都地區(qū)地下水資源和環(huán)境調(diào)查評價報告[R].北京∶北京市地質(zhì)調(diào)查研究院.2003.

[5].張安京,葉 超,李 宇等.北京地下水[M],2008,北京:大地出版社,1～60.

[6].王大純,張人權(quán),史毅虹等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M],1995,北京:地質(zhì)出版社,1～159.